近日，中國科學院南海海洋研究所張帆研究員團隊在國際地學期刊《地球與行星科學通訊》（Earth and Planetary Science Letters）發表最新研究成果，揭示了馬里亞納海溝"挑戰者深淵"（Challenger Deep）水深超萬米的形成機制。副研究員張江陽為第一作者和通訊作者，研究員張帆為共同通訊作者，合作者包括林間院士、美國德克薩斯大學達拉斯分校教授Robert J. Stern及香港中文大學教授楊宏峰。

馬里亞納海溝位于太平洋板塊向菲律賓海板塊俯沖的匯聚邊界。其中南段的"挑戰者深淵"水深逾10900米，不僅比北段深約2000米，更是全球海洋最深處。傳統理論將其歸因于俯沖板塊年齡（1.2-1.6億年）導致的負浮力增強，或前弧區域的陡峭地形，但這些因素無法定量解釋南北段之間如此顯著的深度差異。

研究團隊通過系統分析馬里亞納海溝沿走向的多條垂直地形剖面，發現南段俯沖板塊在進入海溝前的坡度和曲率顯著高于北段及全球其他海溝，表明該區域發生了異常強烈的彈性彎曲變形。

基于這一觀測，團隊創新性地構建了負浮力驅動的彈性板彎曲模型，突破傳統剛性板塊假設，更真實地刻畫了俯沖系統的力學響應。模型揭示：近海溝區域巖石圈有效彈性厚度顯著降低是控制海溝深度的關鍵因素——當巖石圈剛度減弱時，俯沖板塊的負浮力可高效轉化為向下的彎曲變形，導致海溝前方產生極大撓曲。

進一步的三維數值模擬表明，俯沖板塊沿走向的幾何分段效應會顯著放大局部彎曲。南馬里亞納地區存在的板塊撕裂結構限制了俯沖板塊的橫向連續性，削弱了沿走向的力學耦合，使彎曲變形在“挑戰者深淵”區域集中發展。

研究進一步指出，正是“巖石圈弱化—負浮力驅動—板塊撕裂分段”三種機制的協同作用，共同造就了這一全球極端深度。

該研究從板塊變形的力學機制角度，為極端海溝地形提供了統一且可量化的物理解釋，強調了俯沖帶幾何分段和力學非均一性在控制海溝形態中的關鍵作用。相關方法和結論可推廣至全球其他俯沖帶研究，為理解板塊俯沖過程及其地表響應提供了新的理論框架。

論文信息：Jiangyang Zhang*, Robert J Stern, Fan Zhang*, Jian Lin, Hongfeng Yang(2026). Unusually tight bending of subducting Pacific plate causes the extreme depth of Challenger Deep. Earth and Planetary Science Letters. 679: 119886.?

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2026.119886

圖1?馬里亞納海溝南部和中部測深和板塊年齡圖

圖2?馬里亞納海溝南部與北部，及全球海溝的坡度和曲率對比圖。

圖3?挑戰者深淵極端深度的 “巖石圈弱化—負浮力驅動—板塊撕裂分段” 控制示意圖